Simulasi Sebelum Pemasangan Filter. Hasil Simulasi Sebelum Pemasangan Filter

i i

3.4 Simulasi Sebelum Pemasangan Filter.

Simulasi dilakukan untuk mengetahui kondisi awal saat sebelum dipasang filter pada sistem dengan menggunakan software MATLABSIMULINK. Rangkaian simulasi dari sistem sebelum dipasang filter ditunjukkan pada Gambar 3.2 di bawah ini. Gambar 3.2 Rangkaian simulasi sistem sebelum pemasangan filter Model simulasi dari sistem adalah sebagai berikut: a. Beban nonlinier sebagai sumber harmonisa disimulasikan dengan sumber arus dengan frekuensi harmonisa, besaran arus harmonisa yang diperoleh didapat melalui hasil pengukuran. b. Arus fundamental disimulasikan dengan sumber arus pada frekuensi fundamental 50 Hz, diperoleh dari pengukuran yaitu I h1 . ZL Discrete, Ts = 5e-005 s. powergui Zs V source v + - V M Scope V Scope Ih i + - Ih I9 I7 I5 I3 I17 I15 I13 I11 I1 Ih V Universitas Sumatera Utara i i c. Sumber tegangan disimulasikan dengan sumber AC pada tegangan fasa ke netral yaitu 230 Volt pada frekuensi fundamental 50 Hz. d. Impedansi sistem dan impedansi beban diperoleh dari hasil perhitungan.

3.5 Simulasi Dengan Pemasangan Filter

Simulasi dilakukan untuk mengetahui pengaruh pemasangan filter pada sistem dengan menggunakan software MATLABSIMULINK. Model simulasi dari sistem sama dengan sebelum pemasangan filter tetapi dengan menambah filter dida- lam rangkaian simulasi. Gambar rangkaian simulasi dari sistem setelah pemasangan filter ditunjukkan seperti Gambar 3.3 Gambar 3.3 Rangkaian simulasi dengan filter second order damped ZL Discrete, Ts = 5e-005 s. powergui Zs V source v + - V M Scope V Scope Ih R L i + - Ih I9 I7 I5 I3 I17 I15 I13 I11 I1 Z I M C Ih V Universitas Sumatera Utara i i

BAB 4 HASIL DAN ANALISIS

4.1 Hasil Pengukuran dan Simulasi

4.1.1 Hasil Pengukuran

Hasil pengukuran arus, tegangan, daya, bentuk gelombang dan spektrum harmonisa dan daya pada sistem kelistrikan di Politeknik Negeri Medan, dapat dilihat pada Gambar 4.1; 4.2; dan 4.3. Pada Tabel 4.1 dapat dilihat, kandungan harmonisa arus dari sistem menunjukan THDi yang cukup tinggi yaitu 25,4. Hal ini berdasarkan pada Tabel 2.2 yang merupakan limit arus harmonisa standar IEEE 519- 1992 bahwa, perbandingan short circuit ratio L SC I I dengan nilai diantara 20 dan 50, THDi yang diijinkan adalah 8. Karena THD arus belum memenuhi standar, maka diperlukan filter untuk mengurangi harmonisa yang terjadi dengan memasang filter second order. Bentuk gelombang arus pada Gambar 4.1 menunjukkan bentuknya mendekati gelombang empat persegi dan spektrum arus pada Gambar 4.2 menunjukkan, harmonisa yang menonjol adalah harmonisa ke 3 disusul dengan harmonisa ke 5 dan 7, sedangkan harmonisa ke 9 dan seterusnya semakin kecil. Adapun hasil pengukuran yang dilakukan pada sistem kelistrikan di Politeknik Negeri Medan adalah sebagai berikut: 47 Universitas Sumatera Utara i i a. Pengukuran arus dan tegangan serta bentuk gelombang dapat dilihat pada Gambar 4.1. Hasil pengukuran menunjukkan tegangan fasa dan arus yang terukur adalah 218,4 Volt dan 432,5 A. Gambar 3.2. Bentuk gelombang arus dan tegangan hasil pengukuran. Gambar 4.1 Bentuk gelombang arus dan tegangan hasil pengukuran Universitas Sumatera Utara i i b. Pengukuran Total Harmonisa arus THDi Hasil pengukuran spektrum THDi pada Gambar 4.2 menunjukkan THDi 25,4 dan arus 432,3 Amper, sedangkan Induvidual Harmonic Distortion arus IHDi dapat dilihat pada Tabel 4.1 Gambar 4.2. Bentuk Spektrum harmonisa arus hasil pengukuran Universitas Sumatera Utara i i Tabel 4.1 Hasil pengukuran arus Orde harmonisa Nilai rms arus Ampere Nilai puncak arus Amper IHDi 1 432,5 611,64 100 3 103,37 146,17 24,2 5 27,52 38,92 9,3 7 10,09 14,27 3,5 9 2,45 3,46 0,84 11 1,48 2,09 0,62 13 0,41 0,58 0,54 15 0,13 0,18 0,46 17 0,04 0,06 0,31 THDi 25,4 c. Pengukuran daya dan faktor daya Hasil pengukuran daya aktip P, daya S, daya reaktip Q dan faktor daya PF dapat dilihat pada Gambar 4.3 Gambar 4.3 Besaran daya dan faktor daya hasil pengukuran Universitas Sumatera Utara i i

4.2 Analisis Perhitungan Impedansi Sistem

Impedansi sistem terdiri dari impedansi saluran dan impedansi transformator. Jika impedansi dari peralatan diberikan dalam satuan Ohm, maka impedansi tersebut diubah kedalam satuan p.u dengan kVA base = 400 kVA dan Tegangan base = 400 V Untuk menghitung arus hubung singkat I sc , Short Circuit Capasity SCC, Short Circuit Ratio SCR dan orde harmonisa resonansi, diperlukan data impedansi dari sistem. Untuk menghitung besar tegangan harmonisa, arus harmonisa, THD tegangan, THD arus dan simulasi dari sistem diperlukan data impedansi dalam satuan Ohm. Jika perhitungan menggunakan impedansi dalam satuan ohm, maka semua impedansi dalam sistem harus dinyatakan terhadap sisi tegangan tinggi atau tegangan rendah. Dalam perhitungan ini, semua impedansi dinyatakan terhadap sisi tegangan rendah 400 V. Impedansi yang dihitung adalah impedansi saluran, impedansi transformator, impedansi sistem dan impedansi beban.

4.2.1 Impedansi Saluran

Impedansi saluran kabel terbuat dari kabel N2XSEFGbY 3x150 mm 2 , sepanjang 30 m. Dari katalog didapat: R = 0,206 Ωkm, maka tahanan kabel R = 0,00618 Ω L = 0,359 mHkm, maka reaktansi kabel X L = 0,00338 Ω Z kabel = 0,00618 + j0,00338 Ω Universitas Sumatera Utara i i   pu kV kVA Z Z b kabel 0084 , 01545 , 10 3 2     

4.2.2 Impedansi Transformator

Dari data transformator, kapasitas daya yang didapatkan adalah 400 kVA, tegangan sistem 20 kV400 V, maka: V sekunder per fasa = V 230 3 400  Impedansi Transformator Z T = 4 = 0,04 pu Impedansi Transformator    016 , 4 , 4 , 04 , 2 T Z

4.2.3 Impedansi Sistem

Impedansi sistem merupakan penjumlahan dari impedansi saluran dan impedansi transformator. Z sistem = Z saluran + Z transformator = 0,0084 + 0,04 = 0,0484 pu Z sistem =   01963 , 400 10 4 , 0484 , 3 2   Ω Dengan diketahuinya impedansi sistem dan tegangan fasa sistem maka didapatkan arus hubung singkat I SC . Universitas Sumatera Utara i i A Z V I sistem S SC 11716 01963 , 230    Arus SC I dihitung untuk mendapatkan Short Circuit Ratio SCR yang menentukan batas harmonisa arus sesuai standar IEEE 519-1992.

4.2.4 Impedansi Beban

Dari hasil pengukuran diperoleh arus beban I L sebesar 432.5 Amper, sehingga besarnya SCR yang merupakan perbandingan arus hubung singkat I SC dengan arus beban I L , dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.43. SCR = 09 , 27 5 . 432 11716   L SC I I Berdasarkan Tabel 2.2 yang menyatakan limit arus harmonisa standar IEEE 519-1992, SCR sebesar 27,09 berada diantara 20 dan 50, dengan tegangan pada PCC ≤ 69 kV, maka THDi yang diizinkan adalah 8 dan individual harmonisa arus untuk harmonisa h11 adalah 7. Dari hasil pengukuran arus beban I L sebesar 432,5 Amper dapat juga dihitung impedansi beban Z L .     5318 , 5 , 432 230 L S L I V Z Faktor daya hasil pengukuran didapatkan sebesar 0,73 lagging, maka tahanan beban R L dan reaktansi beban X L adalah: Universitas Sumatera Utara i i R L = Z L x Cos φ = 0,5318 x 0,73 = 0,3882 Ω X L = Z L x Sin φ = 0,5318 x 0,683 = 0,3634 Ω Hasil perhitungan impedansi sistem yang merupakan penjumlahan impedansi saluran dengan impedansi transformator serta perhitungan impedansi beban diatas akan digunakan sebagai data masukan untuk simulasi sebelum pemasangan filter. Adapun impedansi sistem dan impedansi beban untuk masukan dalam simulasi sebelum pemasangan filter dapat dilihat pada Tabel 4.2 Tabel 4.2 Impedansi sistem dan impedansi beban

4.3 Hasil Simulasi Sebelum Pemasangan Filter

Simulasi dilakukan untuk mengetahui kondisi awal saat sebelum dipasang filter pada sistem dengan menggunakan software MATLABSIMULINK. : Tegangan sumber Impedansi sistem Impedansi beban Vs Volt R S Ω X S Ω R L Ω X L Ω 230 0,00618 0,01963 0,3882 0,3634 Universitas Sumatera Utara i i Dengan memasukkan nilai parameter-parameter yang telah dihitung tersebut kedalam rangkaian simulasi, maka gambar bentuk gelombang arus dan tegangan dari hasil simulasi pada kondisi awal sebelum pemasangan filter dapat dilihat pada Gambar 4.4 dan 4.5. Gambar 4.4 Bentuk gelombang arus sebelum pemasangan filter 0.1 0.105 0.11 0.115 0.12 0.125 0.13 0.135 -200 200 FFT window: 2 of 10 cycles of selected signal Time s Gambar 4.5 Bentuk gelombang tegangan sebelum pemasangan filter 0.1 0.105 0.11 0.115 0.12 0.125 0.13 0.135 -500 500 FFT window: 2 of 10 cycles of selected signal Time s Universitas Sumatera Utara i i Gambar bentuk spektrum arus dan tegangan dari hasil simulasi sistem pada kondisi awal sebelum pemasangan filter dapat dilihat pada Gambar 4.6 dan 4.7. 5 10 15 20 5 10 15 20 25 Harmonic order Fundamental 50Hz = 611.6 , THD= 24.85 M ag o f F un da m en ta l Gambar 4.6 Spektrum harmonisa arus sebelum pemasangan filter 5 10 15 20 0.5 1 1.5 2 2.5 Harmonic order Fundamental 50Hz = 323.4 , THD= 2.99 M ag o f F un da m en ta l Gambar 4.7 Spektrum harmonisa tegangan sebelum pemasangan filter Universitas Sumatera Utara i i Sebelum pemasangan filter menunjukkan, bentuk gelombang arus pada Gambar 4.4 mendekati gelombang segi empat, sedangkan bentuk gelombang tegangan mendekati bentuk sinusoidal. Cacatnya bentuk gelombang arus ini menunjukkan kandungan harmonisa yang ditimbulkan cukup besar. Dari bentuk spektrum arus pada Gambar 4.6 menunjukkan, harmonisa yang menonjol adalah harmonisa ke 3 disusul dengan harmonisa ke 5 dan 7. Spektrum arus menunjukkan THDi sebesar 24,85 dan THDv 2,99. Dengan melihat Tabel 2.1 dan 2.2 yang merupakan limit tegangan dan arus standar IEEE 519-1992, hasil simulasi sebelum pemasangan filter menunjukkan THDi melebihi standar yang ditentukan, sedangkan THDv sudah memenuhi standar.

4.4 Analisis Perhitungan Komponen Filter